3D打印(yin)超(chao)寬(kuan)帶(dai)太赫(he)茲(zi)超(chao)材料吸波器

   太赫茲(zi)波，指頻率(lv)為(wei)0.1-10 THz的電(dian)磁(ci)波，位(wei)於微(wei)波和紅外之(zhi)間，屬於電(dian)子學(xue)與(yu)光(guang)子學(xue)的過渡(du)區間。由(you)於具(ju)有光(guang)子能量低(di)、穿(chuan)透(tou)力強、特(te)征(zheng)光(guang)譜分(fen)辨(bian)能(neng)力(li)好等(deng)屬性(xing)，太(tai)赫(he)茲(zi)技(ji)術(shu)在(zai)生物(wu)傳感、無(wu)損(sun)檢(jian)測(ce)以及高(gao)速無(wu)線(xian)通(tong)訊(xun)等(deng)領(ling)域(yu)具(ju)有重(zhong)要的應用前景。然(ran)而(er)，由(you)於自(zi)然(ran)界中(zhong)的天(tian)然(ran)材料在太(tai)赫(he)茲頻段沒有電(dian)磁(ci)響(xiang)應，導(dao)致(zhi)太(tai)赫(he)茲頻(pin)段的功能(neng)材(cai)料和器(qi)件(jian)非常(chang)匱乏，這(zhe)也(ye)是(shi)造(zao)成(cheng)太(tai)赫(he)茲技術(shu)尚(shang)未廣(guang)泛(fan)應用的重(zhong)要原(yuan)因(yin)。THz超(chao)材料，壹種(zhong)新(xin)型(xing)的周期(qi)性(xing)人(ren)工電(dian)磁(ci)材(cai)料，其(qi)性(xing)質(zhi)主(zhu)要取決(jue)於所設(she)計的結構(gou)，通(tong)過(guo)特(te)定的結構(gou)設(she)計，可(ke)獲得與(yu)自(zi)然(ran)界已知材(cai)料截然(ran)不(bu)同(tong)的電(dian)磁(ci)性(xing)質(zhi)，從而(er)實現(xian)豐富(fu)的功能(neng)器(qi)件，如吸波器、調制器和(he)偏(pian)振(zhen)轉換(huan)器(qi)等(deng)。目前常(chang)見的太赫(he)茲(zi)超(chao)材料，主(zhu)要由(you)光(guang)刻工藝制備(bei)得(de)到(dao)，存(cun)在(zai)制備(bei)工藝復(fu)雜、加(jia)工成本(ben)高(gao)的問題(ti)。此(ci)外，目前寬(kuan)帶(dai)吸波器常(chang)采用上(shang)下(xia)重(zhong)疊(die)式(shi)多層結構(gou)設(she)計，其(qi)在太(tai)赫(he)茲(zi)頻段所需(xu)的多步(bu)光(guang)刻工藝更是進(jin)壹(yi)步(bu)提高(gao)了(le)加(jia)工難(nan)度(du)及成(cheng)本(ben)。因(yin)此(ci)，探索太(tai)赫(he)茲(zi)器件(jian)的無(wu)光(guang)刻、低成本(ben)、簡單高(gao)效(xiao)的制備(bei)方(fang)法(fa)獲得超(chao)寬(kuan)帶(dai)太赫(he)茲(zi)吸波器，將有利於促(cu)進(jin)太(tai)赫(he)茲(zi)技(ji)術(shu)的繁榮(rong)發(fa)展。

   近日(ri)，西(xi)安(an)交通大學(xue)張(zhang)留洋教授課(ke)題(ti)組提出(chu)了(le)壹種(zhong)偏(pian)振(zhen)不(bu)敏感的超(chao)寬(kuan)帶(dai)太赫(he)茲(zi)吸波器設計及(ji)其(qi)制備(bei)方(fang)法(fa)，該(gai)超(chao)寬(kuan)帶(dai)吸波器由(you)疊(die)堆於類寶塔基(ji)底表(biao)面(mian)的多層環形諧(xie)振(zhen)器構(gou)成(cheng)，通(tong)過(guo)相鄰(lin)諧(xie)振(zhen)器共振(zhen)模式(shi)的重(zhong)疊(die)實(shi)現帶(dai)寬(kuan)的擴(kuo)展，最(zui)終(zhong)通(tong)過(guo)疊(die)堆12層圓(yuan)形(xing)和環形諧(xie)振(zhen)器實(shi)現1.07-2.88 THz頻段吸收。該(gai)研究(jiu)結(jie)合微(wei)尺度(du)3D打印(yin)技(ji)術(shu)（nanoArch S130，摩方(fang)精密）制(zhi)備(bei)得(de)到(dao)實驗(yan)樣件(jian)，實驗(yan)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)驗(yan)證(zheng)了(le)寬(kuan)帶(dai)吸收機理的準確(que)性(xing)。該(gai)成果(guo)以“Three-Dimensional Printed Ultrabroadband Terahertz Metamaterial Absorbers"為(wei)題(ti)發(fa)表(biao)於國(guo)際期刊(kan)Physical Review Applied上(shang)，該(gai)研究(jiu)工作(zuo)由(you)西(xi)安(an)交通大學(xue)機械工程學(xue)院博士生沈(shen)忠(zhong)磊(lei)與(yu)碩士(shi)生李(li)勝男共同合作(zuo)完(wan)成。

圖1 具有面(mian)外形態的太赫(he)茲(zi)吸波器結構(gou)示(shi)意(yi)圖

圖2 太赫(he)茲超(chao)寬(kuan)帶(dai)吸收譜(pu)

   通(tong)過結(jie)合微(wei)尺度(du)3D打(da)印(yin)技(ji)術(shu)，超(chao)寬(kuan)帶(dai)太赫(he)茲(zi)吸波器可由(you)簡單的三步(bu)工藝制備(bei)得(de)到(dao)。其(qi)中(zhong)，周期(qi)性(xing)陣(zhen)列的三維類寶塔結(jie)構(gou)采(cai)用面(mian)投影微(wei)立(li)體(ti)光(guang)刻3D打(da)印(yin)技(ji)術(shu)（nanoArch S130，摩方(fang)精密）加(jia)工得到(dao)。實驗(yan)結果(guo)表(biao)明(ming)：得益於高(gao)精度(du)的微(wei)尺度(du)3D打(da)印(yin)技(ji)術(shu)，測(ce)試(shi)所得(de)的寬(kuan)帶(dai)吸收譜(pu)諧(xie)振(zhen)頻率(lv)和(he)吸收幅(fu)值均(jun)與(yu)數值模(mo)擬(ni)結果(guo)較(jiao)為(wei)吻(wen)合。

圖3 太赫(he)茲超(chao)寬(kuan)帶(dai)吸波器實驗(yan)驗(yan)證(zheng)（其(qi)中(zhong)單元周期(qi)Px=Py=185μm，頂層圓(yuan)形(xing)諧(xie)振(zhen)器半(ban)徑r12=10μm, 疊(die)堆環形諧(xie)振(zhen)器寬(kuan)度(du)w=6μm，疊(die)堆層厚🔺t=10μm）

   此外，文章(zhang)進(jin)壹(yi)步(bu)證(zheng)明(ming)了(le)該(gai)制備(bei)方(fang)法(fa)之(zhi)於常(chang)見太(tai)赫(he)茲窄帶(dai)吸波器制備(bei)的適用性(xing)。實(shi)驗(yan)結果(guo)表(biao)明(ming)：兩種(zhong)太赫茲窄帶(dai)吸波器的吸收譜(pu)測(ce)試(shi)結(jie)果(guo)與(yu)數值模(mo)擬(ni)結果(guo)和理論結(jie)果(guo)均較(jiao)為(wei)吻(wen)合，表(biao)明(ming)基(ji)於微(wei)尺度(du)3D打印(yin)技(ji)術(shu)的制備(bei)方(fang)法(fa)同(tong)樣可實現對(dui)常(chang)見太(tai)赫(he)茲窄帶(dai)吸波器的高(gao)質量制(zhi)備(bei)。

圖(tu)4 太(tai)赫茲(zi)窄帶(dai)吸波器實驗(yan)驗(yan)證(zheng)

原文鏈(lian)接：

https://journals.aps.org/prapplied/abstract/10.1103/PhysRevApplied.16.014066